Infrarot bis Ultraviolett: Sichtbares Licht und seine Nachbarn

Wie unterscheiden sich Infrarot und Ultraviolett von rotem und violettem Licht? Wenn Du Dir diese Frage stellst, findest Du in diesem Beitrag die passende Antwort dazu. Wir erklären Dir, was elektromagnetische Strahlung ist und was die unsichtbaren Infrarot- und Ultraviolett-Strahlen von sichtbarem Licht unterscheidet.

 

Elektromagnetische Strahlung

Elektromagnetische Strahlung, was ist das? Wir wollen es nicht zu kompliziert machen, daher stelle Dir das Wellenmuster vor, das sich bildet, wenn Du einen Stein in einen See schmeißt. Der Scheitelpunkt der Wasserwelle und ihr Wellental bewegen sich in eine Richtung fort. Jetzt stell Dir vor, dass das Wasser ein elektromagnetisches Feld ist. Auch dieses bewegt sich schwingend durch den Raum. Folgst Du der Welle, so bewegt sich diese mit etwa 300.000 km/s fort. Betrachtest Du die Dynamik von Wellenkamm und Wellental, so ändert sich der Wert der Feldstärke des elektromagnetischen Feldes periodisch. Dessen Frequenz ist abhängig von der Art der elektromagnetischen Strahlung. Es gibt sehr viele unterschiedliche Arten von elektromagnetischer Strahlung, von der wir andauernd umgeben sind. Dazu gehört kosmische Strahlung, Funkstrahlung, aber auch sichtbares Licht und natürlich Infrarot und Ultraviolett.

 

 

Kennzahlen elektromagnetischer Strahlung

Bei elektromagnetischer Strahlung unterscheidet man zwei wichtige Kennzahlen. Die Geschwindigkeit gehört nicht dazu, weil sie für alle Strahlungsarten gleich ist. Die Lichtgeschwindigkeit von 300.000 km/s gilt nicht nur für Licht, sondern auch für langwellige Funkstrahlung oder kurzwellige Röntgenstrahlung. Aber was heißt nun lang- oder kurzwellig?

• Die Wellenlänge ist die wichtigste Kennzahl elektromagnetischer Strahlung, sie bezeichnet den Abstand zwischen zwei benachbarten Wellenkämmen. Dieser kann mehrere Meter betragen oder sich im Picometer-Bereich bewegen. Zur Veranschaulichung der Einheiten:
  • Ein Tausendstel Meter ist ein Millimeter.
  • Ein Tausendstel Millimeter (ein Millionstel Meter) ist ein Mikrometer.
  • Ein Tausendstel Mikrometer (ein Milliardstel Meter) ist ein Nanometer.
  • Ein Tausendstel Nanometer (ein Billionstel Meter) ist ein Picometer.
• Die zweite wichtige Kennzahl ist die Frequenz, mit der die elektromagnetische Strahlung schwingt. Je länger die Wellenlänge, desto höher die Frequenz. Sie wird in Hertz (Schwingungen pro Sekunde) angegeben.
  • Ein Kilohertz (kHz) sind tausend Schwingungen pro Sekunde.
  • Ein Megahertz (MHz) sind eine Million Schwingungen pro Sekunde.
  • Ein Gigahertz (GHz) sind eine Milliarde Schwingungen pro Sekunde.
  • Ein Terahertz (THz) sind eine Billion Schwingungen pro Sekunde.
  • Ein Petahertz (PHz) sind eine Billiarde Schwingungen pro Sekunde.

 

Klassifizierung des Spektrums von Infrarot bis Ultraviolett

Ultraviolett und Infrarot sind die kurz- und langwelligen Nachbarn des sichtbaren Lichts. Sie selbst sind unsichtbar. Infrarot dockt am langwelligen Ende des sichtbaren Spektrums, also am roten Licht an, und Ultraviolett am kurzwelligen Ende, also am violetten Licht. Das sichtbare Licht lässt sich in einzelne Farbbereiche aufspalten. In gleicher Weise unterscheidet man bei Ultraviolett und Infrarot auch unterschiedliche Teilbereiche. Die folgende Tabelle verdeutlicht dies:

 

Art der Strahlung	Bereich	Wellenlänge	Frequenz
Ultraviolett	UV-C-Strahlung	100 bis 280 Nanometer	Ca. 1,6 PHz
	UV-B-Strahlung	280 bis 315 Nanometer	Ca. 1 PHz
	UV-A-Strahlung	315 bis 380 Nanometer	Ca. 850 THz
Sichtbares Licht	Violett	380 bis 430 Nanometer	Ca. 750 THz
	Blau	430 bis 485 Nanometer	Ca. 650 THz
	Grün	485 bis 560 Nanometer	Ca. 570 THz
	Gelb	560 bis 580 Nanometer	Ca. 525 THz
	Orange	580 bis 600 Nanometer	Ca. 510 THz
	Rot	600 bis 780 Nanometer	Ca. 400 bis 500 THz
Infrarot	Nahes IR	0,8 bis 3 Mikrometer	Ca. 100 bis 375 THz
	Mittleres IR	3 bis 50 Mikrometer	Ca. 6 bis 100 THz
	Fernes IR	50 Mikrometer bis 1 Millimeter	Ca. 300 GHz bis 6 THz

 

 

Der Energieinhalt elektromagnetischer Strahlung

Je kürzer die Wellenlänge, desto höher ist der Energieinhalt der elektromagnetischen Strahlung. Das führt dazu, dass die unterschiedlichen Strahlungsarten auf unterschiedliche Weise mit ihrer Umgebung wechselwirken.

• UV-Strahlung hat beispielsweise die notwendige Energie, um die Bindungen in organischen Molekülen zu zerstören. Auch Hautzellen bestehen aus organischen Verbindungen, so lässt sich die krebserregende Wirkung von UV-Strahlung erklären. Auch Bakterien und Keime bestehen aus organischen Verbindungen und können mit UV-Strahlung abgetötet werden.
• Sichtbares Licht interagiert mit Elektronen in den äußeren Elektronenhüllen von anorganischen und organischen Verbindungen. Die Energie des Lichts hebt ein Elektron auf ein höheres Energieniveau. Die Verbindung nimmt demnach die Energie des Lichts auf, sie absorbiert sie. Wenn Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbiert wird (z.B. grün), dann erscheint der Gegenstand für das menschliche Auge in der Komplementärfarbe (in diesem Fall rot).
• Nahes Infrarot wechselwirkt ähnlich wie sichtbares Licht, nur dass das menschliche Auge dies nicht mehr wahrnehmen kann. Aber Infrarot-Strahlung im Mikrometer-Bereich bringt Moleküle zum Schwingen. Die Schwingungsenergie nehmen wir Menschen als Wärme wahr, weshalb Infrarot auch als Wärmestrahlung bezeichnet wird.

 

Infrarot bis Ultraviolett: Faszinierender Ausschnitt aus dem elektromagnetischen Spektrum

Infrarot bis Ultraviolett und dazwischen das sichtbare Licht. Der Ausschnitt, den diese Strahlen im elektromagnetischen Spektrum repräsentieren, ist eigentlich nur sehr klein. Aber er wirkt unheimlich stark in unser alltägliches Leben hinein, und das nicht durch die technischen Anwendungsfelder, die sich mit der Strahlung erschließen lassen, sondern durch ihre natürliche Wirkungsweise, die unsere Sinne anspricht.